РАЗНОВИДНОСТИ ПОДШИПНИКОВ

16 июля 2021

ОСНОВНЫЕ РАЗНОВИДНОСТИ ПОДШИПНИКОВ

  

  

Подшипники - это технические устройства, являющиеся частью опор вращающихся осей и валов. Они воспринимают радиальные и осевые нагрузки, приложенные к валу или оси, и передают их на раму, корпус или иные части конструкции. При этом они должны также удерживать вал в пространстве, обеспечивать вращение, качание или линейное перемещение с минимальными энергопотерями. От качества подшипников в значительной мере зависит коэффициент полезного действия, работоспособность и долговечность машины.

 

В настоящее время широко находят применение подшипники:

  • контактные (имеющие трущиеся поверхности) - подшипники качения и скольжения;
  • бесконтактные (не имеющие трущихся поверхностей) -  магнитные подшипники.

 

По виду трения различают:    

  • подшипники скольжения,   в которых опорная поверхность оси или вала скользит по рабочей поверхности подшипника;   
  • подшипники    качения, в которых используется трение качения благодаря установке шариков или роликов между подвижным и неподвижным кольцами подшипника.

  

ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ

  

Подшипник скольжения представляет собой корпус, имеющий цилиндрическое отверстие, в которое вставляется вкладыш или втулка из антифрикционного материала (часто используются цветные металлы), и смазывающее устройство. Между валом и отверстием втулки подшипника имеется зазор, который позволяет свободно вращаться валу. Для успешной работы подшипника зазор предварительно рассчитывается.

 

В зависимости от конструкции, окружной скорости цапфы, условий эксплуатации трение скольжения бывает:

  • жидкостным, когда поверхности вала и подшипника разделены слоем жидкого смазочного материала, непосредственного контакта между этими поверхностями либо нет, либо он происходит на отдельных участках;  
  • граничным – поверхности вала и подшипника соприкасаются полностью или на участках большой протяженности, причем смазочный материал в виде тонкой пленки;
  • сухим – непосредственный контакт поверхностей вала и подшипника по всей длине или на участках большой протяженности, жидкостной или газообразный смазочный материал отсутствует;
  • газовое – поверхности вала и подшипника разделены слоем газа, трение минимально. 

 

Подшипники скольжения   имеют следующие преимущества:

  • допускают высокую скорость вращения; 
  • позволяют работать в воде, при вибрационных и ударных нагрузках;
  • экономичны при больших диаметрах валов;  
  • возможность установки на валах, где подшипник должен быть разъемным (для коленчатых валов);
  • допускают регулирование различного зазора  и, следовательно, точную установку геометрической  оси вала.

 

ПОДШИПНИКИ КАЧЕНИЯ

 

Подшипники качения работают преимущественно при трении качения и состоят из двух колец, тел качения, сепаратора, отделяющего тела качения друг от друга, удерживающего на равном расстоянии и направляющего их движение. По наружной поверхности внутреннего кольца и внутренней поверхности наружного кольца (на торцевых поверхностях колец упорных подшипников качения) выполняют желоба – дорожки качения, по которым при работе подшипника катятся тела качения.

 

В некоторых узлах машин в целях уменьшения габаритов, а также повышения точности и жесткости, применяются так называемые совмещенные опоры: дорожки качения выполняются непосредственно на валу или на поверхности корпусной детали. Некоторые подшипники качения изготовляют без сепаратора. Такие подшипники имеют большое число тел качения и, следовательно, большую грузоподъемность. Однако предельные частоты вращения бессепараторных подшипников значительно ниже вследствие повышенных моментов сопротивления вращению.

 

По сравнению с подшипниками скольжения имеют следующие преимущества:

 

  • значительно меньше потери на трение, а, следовательно, более высокий КПД (до 0,995) и меньший нагрев;
  • в 10...20 раз меньше момент трения при пуске;
  • экономия дефицитных цветных материалов, которые чаще всего используются при изготовлении подшипников скольжения;
  • меньшие габаритные размеры в осевом направлении;
  • простота обслуживания и замены;
  • меньше расход смазочного материала;
  • невысокая стоимость вследствие массового производства стандартных подшипников;
  • простота ремонта машины вследствие взаимозаменяемости подшипников.

 

Недостатками подшипников качения являются:

  • ограниченная возможность применения при очень больших нагрузках и высоких скоростях;
  • непригодность для работы при значительных ударных и вибрационных нагрузках из-за высоких контактных напряжений и плохой способности демпфировать колебания;
  • значительные габаритные размеры в радиальном направлении и масса;
  • шум во время работы, обусловленный погрешностями форм;
  • сложность установки и монтажа подшипниковых узлов;
  • повышенная чувствительность к неточности установки;
  • высокая стоимость при мелкосерийном производстве уникальных по размерам подшипников.

 

МАГНИТНЫЕ ПОДШИПНИКИ

 

Принцип работы магнитного подшипника (подвеса) основан на использовании левитации, создаваемой электрическими и магнитными полями. Магнитные подшипники позволяют без физического контакта осуществлять подвес вращающегося вала и его относительное вращение без трения и износа.

 

Электрические и магнитные подвесы, в зависимости от принципа действия, принято разбивать на девять типов:

  • электростатические;
  • на постоянных магнитах;
  • активные магнитные;
  • LC- резонансные;
  • индукционные;
  • кондукционные;
  • диамагнитные;
  • сверхпроводящие;
  • магнитогидродинамические.

 

Наибольшую популярность в настоящее время получили активные магнитные подшипники. Активный магнитный подшипник (АМП) - это управляемое мехатронное устройство, в котором стабилизация положения ротора осуществляется силами магнитного притяжения, действующими на ротор со стороны электромагнитов, ток в которых регулируется системой автоматического управления по сигналам датчиков перемещений ротора. Полный неконтактный подвес ротора может быть осуществлен с помощью либо двух радиальных и одного осевого АМП, либо двух конических АМП. Поэтому система магнитного подвеса ротора включает в себя как сами подшипники, встроенные в корпус машины, так и электронный блок управления, соединенный проводами с обмотками электромагнитов и датчиками. В системе управления может использоваться как аналоговая, так и более современная цифровая обработка сигналов.

 

Основными преимуществами АМП являются:

  • относительно высокая грузоподъемность;
  • высокая механическая прочность;
  • возможность осуществления устойчивой неконтактной подвески тела;
  • возможность изменения жесткости и демпфирования в широких пределах;
  • возможность использования при высоких скоростях вращения, в вакууме, высоких и низких температурах, стерильных технологиях...

 

В настоящие время для АМП идет создание международного стандарта, для чего был создан специальный комитет ISO TC108/SC2/WG7.

 

АМП могут эффективно применяться в следующем оборудовании:

  • турбокомпрессоры и турбовентиляторы;
  • турбомолекулярные насосы;
  • электрошпиндели (фрезерные, сверлильные, шлифовальные);
  • турбодетандеры;
  • газовые турбины и турбоэлектрические агрегаты;
  • инерционные накопители энергии.

 

Однако АМП требуют сложную и дорогостоящую аппаратуру управления, внешнего источника электроэнергии, что снижает эффективность и надежность всей системы. Поэтому идут активные работы по созданию пассивных магнитных подшипников (ПМП), которые не требуют сложных систем регулирования: например, на основе высокоэнергетических постоянных магнитов NdFeB (неодим-железо-бор).